新型变频器在炼油化工装置中的应用介绍（上）

　　2013年化工工程师考试网络辅导招生简章

　　新型变频器在炼油化工装置上的应用介绍(上)

　　1 .概述

　　在工业企业中，电机是应用面最广和数量最多的电气设备之一。目前，大量交流电机均工作在固定的转速运行，这已愈来愈不能适应生产工艺对于自动化的要求。同时，其运行在低功率因数和低效率的工况下，对电能是极大浪费。

　　由于石化行业的日益激烈的市场竞争，对我厂石油化工产品的型号、质量、数量等提出了新的要求。为了满足这些工艺上要求， 在原驱动电机上，增加变频器系统。这样既可平滑改变物料的输送量，满足了生产工艺的要求，又达到了节能的效果。

　　在我厂常一线、常二中采用的变频器系统，既是动力源又是改变工艺参数的执行机构，它取代了原有的执行机构--调节阀，使得介质传输工艺过程控制发生了变革。

　　2 .变频器调速运行时的节能原理

　　在实际的生产过程中，各类泵的负荷选择都大于生产实际需要的流量，而在实际运行中，所需的流量往往比设计的流量小很多，如果所用的电机不能调速，通常只能通过调节阀门来控制流量，其结果在阀门上会造成很大的能量损耗。如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要的流量减小时，电机的转速降低，消耗的能量会明显减小。

　　H(n1)，H(n2)表示调速时的Q=f(H)曲线，R1、 R2表示阀门调节时的管路阻力曲线。阀门控制时，由于要减少流量，关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，Q2 →Q1， A→B，HA→HB阀门控制时功率消耗P1由0HBBQ1表示。当调速控制时，Q2→Q1，A→C，HA→HC调速控制时功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1>P2则表示调速时功率消耗小于阀门节流时的功率消耗。

　　P=rQH 泵的轴功率

　　Q 流量 H 扬程 r 液体重度

　　在B点和C点运行时 PB-PC=Q1(HB-HC)r 这部分就是所节约的电能。

　　对于泵负载，有如下表达式：

　　Q1/Q2 = n1/n2

　　H1/H2 = (n1/n2)2

　　P1/p2 = (n1/n2)3

　　由上式可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降1/4，功率下降1/8， 即功率与转速成3 次方的关系下降。如果不用关小阀门的方法，而是把电机的转速降下来，那么随着泵的输出压力的降低，在输送同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可完全避免。在不装变频器时，泵的出口流量靠出口阀控制调节。流量小时，靠关小阀门调节，增加了泵管压差，使部分能量白白消耗在出口阀门上。使用变频器后，可以降低泵的转速，泵扬程也相应降低，电动机输出功率也降低了，从而消除了原来消耗在泵出口阀上的管压差。

　　3 .变频器系统的控制方案

　　我厂的常一线泵B109和常二中泵B114的电动机功率分别为75kW和55kW，转速2982转/分，额定电压380V，额定电流分别为132A和103A，额定出口流量分别为28.520M3/h和20M3/h。

　　在正常工作负荷情况下，电机工作在额定转速2982rpm，转速不可调。为保持流量稳定，采用控制出口阀门的方法进行控制，即差压变送器检测流量信号送至PID调节器，再由PID调节器输出4-20mA控制信号，控制出口调节阀的开度，从而控制出口流量，保持流量稳定。原系统实际运行中，存在以下问题：

　　(1) 节流量较大，泵出口阀的节流量已接近泵额定流量的一半，浪费大量的电能。

　　(2) 控制精度低，出口流量波动较大(约3%)。

　　(3) 电机工作在额定转速，出力不变消耗电能。

　　(4) 电机噪音较大，泵和管线阀门压力较大，易造成泄漏。

　　根据系统的上述工艺要求，我们对变频器系统进行设计时，遵循了以下原则：

　　a、 保持出口流量稳定;

　　b、 出口流量的控制精度0.5% ;

　　c、电动机的转速范围应在 0~2982转/分;

　　d、根据泵的工作特性，系统设计应按恒转距原则进行;

　　e、节能降耗;

　　f、系统设计采用工频和变频双切换，保证的生产的连续性和可靠性，可以互为备用;

　　g、采用两路DCS输出接点，一路控制原调节阀，一路控制变频器，在变频器故障状态时，DCS能自动识别变频故障信号，然后切换到调节阀调节流量。而当变频器处于正常运行状态时，调节阀处于全开位置;

　　遵照上述原则，经过调研、比较，我们选择了日本东芝A5P变频器。该变频器具有技术先进、功能齐全、结构紧凑、可靠性高等特点，专为泵和风机类负载设计。

　　FRH：频率设定;ACC/DEC：加/减速控制电路;A/D：模数变换;V/F：压频变换;BD：基极驱动电路;CPU：微处理器;LED：显示电路。

　　变频器的主电路为典型的“交―直―交”SPWM电压型主电路。

　　变频器的控制电路：频率给定FRH(即速度给定)经过ACC和DED加减速控制电路，变成频率和电压基准信号，分别经过A/D转换电路和V/F函数发生器电路，再进入CPU内，形成SPWM脉冲，成为IGBT的控制信号，驱动IGBT，从而使电压恒定、频率恒定的交流电，经过变频器后，变成了电压和频率可调的交流电。A5P变频器整个控制系统采用微机进行采样、计算、实时控制、事故报警和显示。

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